Půlstoletí kosmonautiky

Mezinárodní geofyzikální rok

Ředitel Brookhavenské federální laboratoře (BNL) Lloyd V. Berkner na jaře 1950 doporučil, aby se podobné akce, jakými byly v letech 1882–1883 a 1932–1933 Mezinárodní polární roky (IPY), zaměřené na zkoumání polárních oblastí, opakovaly v pětadvacetiletých cyklech. Evropští vědci doporučili rozšířit geofyzikální výzkumy na celou planetu a akci nazvat International Geophysical Year (IGY). Mezinárodní rada vědeckých svazů (ICSU, nyní Mezinárodní rada pro vědu) proto v roce 1952 ustavila výbor CSAGI (Comité speciale de l’année géophysique internationale), který měl IGY zorganizovat. Celosvětová kampaň komplexního studia Země od jejího nitra až po horní hranici atmosféry měla probíhat od 1. července 1957 do 31. prosince 1958.

Uvažovalo se i o možnosti rozšířit měření za hranice atmosféry prostřednictvím družic. Proto viceprezident CSAGI Berkner ustavil dvě neformální pracovní skupiny, které dospěly k závěru, že by družice představovaly nesporný vědecký přínos.

Členy CSAGI byli i představitelé Akademie věd SSSR, ale práce se aktivně neúčastnili. Také během zasedání CSAGI 4. října 1954 Rusové jen mlčeli jak během diskuse, tak během schvalování amerického návrhu na zařazení vypouštění družic do programu Mezinárodního geofyzikálního roku, v němž se mimo jiné praví:

„Vzhledem k velkému významu dlouhodobého pozorování kosmického záření a geofyzikálních jevů v horních vrstvách atmosféry a s přihlédnutím k pokročilému stavu současné raketové techniky doporučuje CSAGI věnovat pozornost myšlence vypuštění malých družic, jejich vědeckému přístrojovému vybavení i novým problémům souvisejícím s družicovými experimenty, jako jsou palubní zdroje energie, telemetrie a orientace družice.“

Přes mlčení ruské delegace se objevily náznaky, že SSSR o družicích také uvažuje. Již v roce 1953 prezident Akademie věd SSSR Alexandr N. Něsmejanov hovořil o možnosti vypustit družici Země. Proto představitelé americké Národní vědecké nadace (NSF) tlačili na prezidenta D. Eisenhowera, aby schválil vypuštění americké družice. Důležitou podporu získali, když studie ministerstva obrany podpořila projekt vědecké družice, ovšem s výhradou, že to „nezabrání vývoji vojenských družic a neovlivní jiné vojenské programy“. ¹⁾ Významným zastáncem vypuštění amerického satelitu byl i prezidentův asistent Nelson A. Rockefeller, který si byl vědom propagandistické hodnoty družice.

Během této diskuse v USA 15. dubna 1955 oznámil Sovětský svaz, že Akademie věd SSSR zřídila stálou mezioborovou komisi pro meziplanetární komunikaci (tak se tehdy rusky nazývala zatím neexistující kosmonautika). Jejím předsedou byl jmenován akademik Leonid I. Sedov, profesor fyziky na Moskevské státní univerzitě, člověk, který se vývojem nosných raket ani problematikou družic nezabýval. Proto byl vhodnou figurkou pro zahraničí, neboť nemohl nic tajného vyzradit.

Krátce nato vypustil moskevský rozhlas další propagandistický balonek, když oznámil, že SSSR hodlá nejen vypustit družici, ale také zkoumat Měsíc automatickými přístroji. Tato prohlášení samozřejmě podpořila tlak na Eisenhowera, aby dal družici „zelenou“. Přesto to trvalo ještě čtvrt roku, než 29. července 1955 prezidentův tiskový mluvčí James C. Hagerty oficiálně oznámil, že USA jako svůj příspěvek k programu IGY vypustí malou družici na oběžnou dráhu kolem Země.

Toto prohlášení způsobilo rozruch zejména na 6. mezinárodním astronautickém kongresu, který probíhal v Kodani. Předseda zmíněné sovětské komise pro meziplanetární komunikaci Sedov tehdy veřejně prohlásil:

„V poslední době se v Sovětském svazu věnuje hodně pozornosti výzkumným otázkám spojeným s meziplanetární komunikací, v první řadě problému vytvořit umělou družici Země… Realizaci sovětského projektu je možno očekávat v poměrně nedaleké budoucnosti.“

I když toto prohlášení bylo značně mlhavé a nebylo ani první, ani poslední, je většinou historiků kosmonautiky bráno jako oficiální oznámení záměru SSSR vypustit v rámci IGY také svoji družici. Neurčitost však způsobila, že to většina odborníků v USA považovala za pouhou propagandu.

Koroljov staví raketu R-7

Ve skutečnosti se na družici a nosné raketě pro její dopravu do vesmíru v SSSR intenzivně pracovalo. Na teoretických studiích o použitelnosti vícestupňových raket pro dosažení první kosmické rychlosti udělal mnoho práce ve vojenském výzkumném ústavu NII-4 v letech 1947–1948 šestičlenný tým Michaila K. Tichonravova. Když o tom Tichonravov přednášel 14. července 1948, silně svými závěry ovlivnil Sergeje P. Koroljova, který v té době vedl v ústavu NII-88 zkoušky německých raket A-4 (V-2) a na jejich základě vyvíjel rakety R-1 a R-2. Proto s Tichonravovem uzavřel v prosinci 1949 dohodu o spolupráci. Nejvyšší požehnání pokračovat v započaté práci přišlo z Rady ministrů SSSR 4. prosince 1950 zadáním projektu N3 „Studium možnosti konstrukce dalekonosných raket různých typů s doletem 5000–10 000 km a hmotností bojové hlavice 1–10 t“. Na základě těchto studií, uskutečněných v roce 1951, Koroljovova konstrukční kancelář OKB-1 vypracovala ideový projekt vícestupňové rakety schopné vynášet družice. I když se tyto plány nikdy neuskutečnily, řada nápadů a technických řešení byla později použita při konstrukci první ruské mezikontinentální balistické rakety R-7.

Rada ministrů zadala 13. února 1953 úkol T1 „Teoretické a experimentální výzkumy konstrukce dvoustupňové rakety s doletem 7000–8000 km“. V zadání se hovořilo o hmotnosti bojové hlavice 3 tuny, ale po úspěšné zkoušce první sovětské termonukleární zbraně ²⁾ 12. srpna 1953 bylo nutno zvýšit nosnost rakety na 5,5 tuny. Úkol vyvinout motory pro tuto raketu dostal Valentin P. Gluško a jeho konstrukční kancelář OKB-456. Za pohonné látky byl zvolen kapalný kyslík a kerosen.

V prvním čtvrtletí roku 1954 byly dokončeny předběžné projektové práce. Ústřední výbor KPSS a Rada ministrů SSSR vydaly 20. května 1954 výnos č. 956–408ss o konstrukci, výrobě a zkouškách rakety R-7. Již 27. května předložil Koroljov tehdejšímu ministru obranného průmyslu Dmitriji F. Ustinovi studii o umělé družici Země, kterou vypracoval hlavně Tichonravov. Koroljov Ustinova vehementně přesvědčoval a dokládal citacemi ze zahraničního tisku, jak postupují na tomto poli Američané, ale bezprostřední souhlas nedostal. Teprve po intervencích na nejvyšších místech, včetně Chruščova, a po ubezpečení, že tím nebudou ohroženy vojenské cíle projektu, nakonec podmíněný souhlas s pracemi na družici dostal.

Projektové práce na R-7 ukončili v OKB-1 24. července 1954 a po závěrečném schválení projektu Radou ministrů SSSR 20. listopadu 1954 mohla začít výroba prototypové série sovětských mezikontinentálních balistických raket první generace.

Protože dosavadní raketová střelnice Kapustin Jar poblíž Stalingradu (nyní Volgograd) pro zkoušky těchto raket nevyhovovala, začal se budovat v roce 1955 v kazašských stepích nový zkušební polygon, který je dnes znám jako kosmodrom Bajkonur. Práce postupovaly velmi rychle a první rampy pro zkoušky raket R-7 byly dokončeny již koncem října 1956. První letový kus balistické rakety R-7 (výr. č. 5L) ³⁾ dorazil na střelnici 3. března 1957. Po prověrkách jejích systémů a kompletaci v montážní budově MIK byla raketa převezena 5. května na rampu a 15. května vypuštěna.

Let byl neúspěšný a trosky rakety dopadly asi 400 km od místa startu. Druhý exemplář R-7 se vůbec nepodařilo vypustit pro výrobní závadu a také třetí pokus skončil 12. července 1957 havárií. Teprve další dva starty – 21. srpna a 7. září – proběhly úspěšně ⁴⁾ a Koroljov tak měl naději, že uspěje i raketa s družicí.

Na opačné straně světa

Také v USA probíhaly studie týkající se umělých družic Země od roku 1945, ale teprve v roce 1951 se v nich začala objevovat konstatování, že raketová technika již pokročila a družice jsou realizovatelné. Stále to však byly pouze teoretické studie.

Poté, co CSAGI zahrnula plán na vypouštění družic do oficiálního IGY, reagovala i americká vláda. Náměstek ministra obrany pro výzkum a vývoj Donald A. Quarles byl pověřen, aby zjistil, zda je takový projekt reálný a zda nebude zdržovat vývoj amerických balistických raket. Proto ustavil zvláštní komisi složenou ze zástupců všech armádních složek, ale také zástupců průmyslu a vědeckých pracovišť. Jejím předsedou byl jmenován Homer J. Stewart z Laboratoře proudového pohonu (JPL).

Stewartova komise vybírala ze dvou alternativ: První byl návrh, který předložil Wernher von Braun. Ten navrhoval použít čtyřstupňovou upravenou raketu Redstone, k níž by připojil další tři stupně. Druhý stupeň tvořil svazek 11 zmenšených motorů pro dělostřelecké rakety Sergeant a třetí pak 3 motory téhož typu. Kdyby se přidal ještě další stupeň s jedním motorem, mohlo by užitečné zatížení o hmotnosti několika kilogramů dosáhnout oběžné dráhy. Výhodou tohoto projektu byla okolnost, že v třístupňové verzi ⁵⁾ již tato raketa byla úspěšně použita pro zkoušky hlavic balistických raket. Nicméně přednost nakonec dostal projekt Vanguard Námořní výzkumné laboratoře (NRL), založený na adaptaci sondážních vědeckých raket Viking a Aerobee jako prvního a druhého stupně s přidáním nového třetího stupně. Oficiálním důvodem byla okolnost, že von Braunův projekt vycházel z vojenské taktické rakety, zatímco projekt Viking mohl být chápán jako civilní, přestože NRL spadala pod vojenské námořnictvo. Neprošel ani návrh vojenského letectva, aby byla použita jím vyvíjená mezikontinentální raketa Atlas.

Projekt Vanguard, který byl definitivně schválen v srpnu 1955, musel začínat prakticky od nuly. Přesto se 8. prosince 1956 a 1. května 1957 uskutečnily první úspěšné zkušební starty, byť neúplných nosných raket. ⁶⁾ Pro první starty na oběžnou dráhu byla připravována půldruhakilogramová družice kulového tvaru nesoucí pouze rádiový vysílač, pro další lety desetikilogramové družice, které již měly být vybaveny vědeckými přístroji.

Start prvního sputniku

Rozhodnutí pracovat na projektu družice pro IGY padlo v Radě ministrů SSSR 30. ledna 1956. Bylo rozhodnuto vypustit v roce 1957 „Objekt D“, družici o hmotnosti 1000 až 1400 kg, nesoucí 200 až 300 kg vědeckých přístrojů. Práce na ní se však protahovaly zejména pro nutnost utajování při spolupráci mezi pracovišti Akademie věd SSSR a tajnými vojenskými výzkumnými ústavy. V říjnu 1956 bylo zřejmé, že se vládou stanovený termín nestihne a že reálný bude až duben 1958.

Sovětská rozvědka upozornila, že Američané mohou svůj satelit vypustit dříve než SSSR. Proto Koroljov v listopadu 1956 doporučil, aby byla vypuštěna jednoduchá družice o hmotnosti řádově 100 kg v dubnu až květnu 1957, při některé z prvních zkoušek R-7. Zkonstruovat tuto družici, která měla pracovní název „Objekt PS“ (prostějšij sputnik), dostal za úkol Nikolaj A. Kutyrkin. Oficiálně byl tento projekt schválen 7. února 1957.

Družice kulového tvaru o průměru 580 mm a hmotnosti 83,6 kg nesla vysílač pracující s výkonem 1 W na frekvencích 20,005 a 40,002 MHz. Střídavě pípal na jedné či druhé frekvenci, přičemž délka pípnutí se měnila v rozmezí od 0,2 do 0,4 s. Délka jednoho pulzu se měnila spínáním termorelé, pokud teplota uvnitř družice stoupla nad 50 °C, nebo klesla pod 0 °C. Druhý pulz byl řízen tlakovým relé, které se mělo sepnout při poklesu tlaku uvnitř družice pod 350 hPa. Jediným zdrojem elektrické energie byly stříbrozinkové chemické články s předpokládanou životností dvou týdnů. ⁷⁾ Tepelnou regulaci zajišťoval ventilátor, který spínalo relé při vzrůstu teploty nad 23 °C.

Nosnost rakety R-7 na oběžnou dráhu byla však nedostatečná i pro tuto nejjednodušší družici. Proto bylo nutno odstranit nejen masivní konstrukci nesoucí bojovou hlavici, ale také celý přístrojový úsek s rádiovou řídicí aparaturou, který byl nahrazen vylehčeným adaptérem pro připojení družice a odhazovatelným aerodynamickým krytem. Tím se ušetřilo přibližně 7 tun na vzletové hmotnosti. První exemplář této rakety dorazil na Bajkonur 22. září 1957.

Dne 4. října 1957 v 19:28:34 světového času opustila nosná raketa rampu a zamířila k nočnímu nebi. Motory prvního i druhého stupně tentokrát pracovaly bezchybně a v T+294,6 s po startu byla dosažena oběžná dráha ve výši 228 až 947 km nad zemským povrchem, se sklonem 65,1° k rovníku a dobou oběhu 96,17 min. ⁸⁾ O 20 sekund později se družice oddělila od nosné rakety. Kolem Země se tak pohybovala umělá kosmická tělesa, která dostala katalogová čísla 1 a 2.

První kolo závodu o vesmír, který trval desetiletí, vyhrál Sovětský svaz.